EP0926316A1 - Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine - Google Patents

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EP0926316A1
EP0926316A1 EP97811024A EP97811024A EP0926316A1 EP 0926316 A1 EP0926316 A1 EP 0926316A1 EP 97811024 A EP97811024 A EP 97811024A EP 97811024 A EP97811024 A EP 97811024A EP 0926316 A1 EP0926316 A1 EP 0926316A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
steam turbine
steam
cooling
combined multi
Prior art date
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Granted
Application number
EP97811024A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0926316B1 (de
Inventor
Peter Graf
Daniel Lewandowski
Werner Dr. Birke
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority to DE59711075T priority Critical patent/DE59711075D1/de
Priority to EP19970811024 priority patent/EP0926316B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings

Definitions

  • the invention relates to a combined multi-pressure steam turbine with a high-pressure and a medium-pressure range, a uniaxial rotor arrangement which limits the high-pressure and medium-pressure range on one side.
  • an outer housing which has inlet and outlet openings and at least partially surrounds the rotor arrangement and the high-pressure and medium-pressure region, and a separating device which seals the high-pressure region axially from the medium-pressure region to the rotor arrangement.
  • a combined high-pressure / medium-pressure steam turbine of the generic type is known from US Pat. No. 5,411,365 out, for reasons of simplified constructive interpretation and cost savings a separator 142 (see Fig. 2 of the US publication) through which the high pressure (HP) from the medium pressure range (IP) is separated.
  • the combined steam turbine is the combination of a high-pressure and medium-pressure steam turbine part, which by a single rotor shaft are penetrated and opposite directions of steam flow exhibit.
  • the one at the end of the high pressure steam turbine escaping steam flow is through an outlet opening and through a Corresponding supply line to the medium pressure area directly above via a reheater fed to the combined steam turbine.
  • the medium pressure range is axial against the high pressure area by the separator 142 and radially on the one hand limited by the rotor arrangement and on the other hand by the outer wall.
  • a disadvantage of this construction of a combined steam turbine is that the hot steam streams under pressure are in direct thermal contact occur with the outer housing, whereby the mechanical and in particular the thermal stress on the material of the outer casing in these areas very much is high. Therefore, to ensure a long life of the steam turbine in particular to design those areas of the outer housing accordingly strongly, who are exposed to the above-mentioned heavy loads. Be too high-quality materials are used for these housing parts, not least in contribute significantly to the total cost of the steam turbine.
  • the invention has for its object a combined high-pressure / medium-pressure steam turbine according to the preamble of claim 1 to develop such that constructive measures should be taken, the mechanical and in particular To reduce thermal stress on the outer casing of the steam turbine To be able to reduce stability requirements on the housing wall. Moreover it should be possible to choose materials for the outer casing inferior quality and thus more cost-effective housing components can.
  • a combined high-pressure / medium-pressure steam turbine with one High pressure and a medium pressure range a uniaxial rotor arrangement, which limits the high pressure and medium pressure range on one side, an outer housing, which has inlet and outlet openings and the rotor assembly and the High pressure and medium pressure area at least partially surrounds, as well as a separation device, which the high pressure area from the medium pressure area axially to the rotor assembly seals, developed in such a way that between the rotor assembly and the outer housing a combined HD / MD intermediate housing is provided, which with its from the side facing away from the rotor arrangement together with the outer housing Cooling volume includes that the intermediate housing, the rotor assembly in the medium pressure range at least partially surrounds it, and that surrounding the medium pressure region Intermediate housing in the steam flow direction a through channel is subordinate, which connects the medium pressure range with the cooling volume. This through channel is expediently at the same time a system-related tapping from the medium pressure range.
  • the intermediate housing according to the invention is used for the thermal separation of the are called steam streams that spread within the high and medium pressure range, of which the outer turbine encapsulates the entire turbine.
  • the outer turbine encapsulates the entire turbine.
  • active cooling of the inside of the outer casing and the outside of the Intermediate housing due to the expansion process within the medium pressure turbine cooled steam removed from the medium pressure range and in the between the intermediate case and the outer case forming space initiated.
  • the temperature of the outer case through targeted underflow with cooling steam to reduce by approx. 100 ° C and more than in the case of the conventional, direct application of the outer housing with Steam flows into the respective areas of the high and medium pressure turbine be initiated.
  • the intermediate housing preferably extends from areas of the medium-pressure steam turbine via the axial separator, which is used to adjust the vapor pressure between High-pressure and medium-pressure areas are provided in a ring around the rotor arrangement is, right down to the high pressure steam turbine area.
  • the intermediate housing preferably constructed with the separating device as a unit and encloses the adjacent areas on both sides, just like the separating device the rotor assembly.
  • the intermediate housing has sections to which guide vanes are attached are in engagement with the rotor blades of the high-pressure or medium-pressure steam turbine attached to the rotor arrangement.
  • the intermediate housing is also vapor-tight with the outer housing has so that the high pressure area of the high pressure steam turbine on one Side of the rotor assembly itself and on the other side of parts of the intermediate housing and the outer housing is limited.
  • the intermediate casing surrounds one in Steam flow direction front part of the rotor assembly such that guide vanes are firmly arranged on the intermediate housing, which between the on the rotor assembly protrude integrated blades.
  • the one enclosing the medium pressure range Intermediate housing includes the rotor assembly so far that the steam expanding through the rotor arrangement has cooled down until the Steam temperature well below the steam inlet temperature in the medium pressure range lowers.
  • steam inlet temperatures are in the medium pressure range about 500 - 600 ° C, which in the course of expansion when passing through the rotor arrangement of the medium-pressure steam turbine falls to well below 500 ° C.
  • Parts of the outer casing enclose the intermediate casing in the steam direction the medium-pressure steam turbine, however, are separated by a narrow one Through channel kept at a distance from the intermediate housing. Because of the narrow Through channel, more cooled steam enters the cooling volume the intermediate and outer housing. The steam expanded to below 500 ° C to cool the outer case to the lower temperature level, which causes the Material of the outer casing is exposed to lower thermal loads.
  • the cooling volume also has at least one large-dimensioned outlet opening through which the cooling steam can be discharged from the steam turbine.
  • the dimensioning the outlet opening is chosen to be significantly larger than the flow cross section the through-channel between the intermediate housing and the outer housing, so that a significantly lower pressure prevails in the cooling volume than in the medium pressure range of the steam turbine. For this reason, in addition to the lesser Thermal stress the outer casing also less strongly with high pressure loaded from the inside of the steam turbine, so that the mechanical load the material of the outer housing is less than that of conventional combined Steam turbines.
  • the present invention makes it possible to constructively design the outer housing dimension in a material-saving manner and also use materials, that only withstand the lower temperature and pressure conditions have to. A significant cost reduction in the construction of such steam turbines can be achieved.
  • the single figure shows a longitudinal section through a combined steam turbine, a high pressure area (HD) 1 and a medium pressure area (MD) 2 having.
  • the terms high pressure area and medium pressure area are intended to mean the areas Define the steam turbine arrangement through which the steam after entering the Steam turbine flows through. So it gets hotter and under high pressure Steam through the inflow duct 3 into the interior of the steam turbine by a Outer housing 4 is surrounded.
  • Inside the steam turbine is a uniaxial rotor arrangement 5 provided, the two separate blade regions 5 ' (HD) and 5 '' (MD).
  • the blade area 5 ′ of the rotor arrangement 5 is limited on one side the flow volume 6 of the high pressure area, which is connects directly to the outlet 7 of the inflow duct 3.
  • the steam flow in high pressure area 1 takes place from right to right on the left through the throughflow volume with guide vanes 8 and 9 blades 6.
  • the steam flowing through the high-pressure region enters the Input volume 10 of the medium pressure area 2 and flows through the medium pressure area from left to right until outlet 11 of the medium pressure range.
  • such combined steam turbines are also known as in Steam turbines flow through in the opposite direction.
  • the guide vanes and 8 blades 9 steam passing in the medium pressure region 2 escapes in the usual way via an outlet opening 12.
  • a separating device 13 is provided which radially rotates the rotor arrangement 5 Surrounds center area by means of an L-shaft seal 14. On both sides to the separator extends an intermediate housing 15, the casting technology with the separator 13 is connected.
  • An extension of the intermediate housing 15 delimits the side of the high-pressure region 1 the entry area of the flow volume 6.
  • the intermediate housing 15 projects beyond part of the rotor arrangement 5 'and points it in the steam flow direction first guide vanes 8, which in the space between the blades of the Project rotor assembly 5 '.
  • the intermediate housing 15 is in the high pressure region 1 moreover steam-tightly connected to the outer housing 4.
  • the intermediate housing 15 extends in a toroidal manner Form and closes with its, the rotor assembly 5 '' side, the Input volume 10 a.
  • the intermediate housing 15 is also in the medium pressure range formed such that it is in the steam flow direction with the first guide vanes 8 is connected, which in the spaces between the blades 9 of the rotor assembly Intervene 5 ''.
  • the intermediate housing 15 in the medium pressure range downstream, a part of the outer housing 4 encloses the rotor arrangement 5 ''.
  • the part of the outer housing that surrounds the rotor arrangement 5 ′′ is mounted at a distance from the intermediate housing 15, so that a through channel 16 is enclosed, through which a steam outlet radially to the rotor arrangement 5 ′′
  • the cooling volume 17 takes place, the cooling volume on the one hand from the intermediate housing 15 and on the other hand enclosed by the inside of the outer housing 4 is.
  • the medium pressure region initially passes through the passage 16 flowed through, expanded and therefore cooled steam partially into the Cooling volume 17 and the inside of the outer housing 4 and the outer surface to cool the intermediate housing 15.
  • the cooling volume 17 extends radially around the entire intermediate housing and also detects areas on the side of the high pressure area.
  • the outer housing can be opened via an outlet opening 18 4 cooling cooling steam escape.
  • a cooling line 21 is optionally provided, which with the cooling volume 17 is connected in such a way that it can be regulated by this line Increase in the flow of the cooling volume 17 cooling steam directly from the Cooling volume 17 can flow to the outside without the cooling steam leaving the outlet opening 18 must happen.
  • the additional cooling line 21 is particularly useful during start-up processes advantageous in cases of large load changes in the steam turbine, because in this way the cooling steam throughput through the cooling volume 17 within wide limits can be varied.
  • For a targeted control of the coolant vapor throughput serves at least one control valve 22 which is installed in the cooling line.
  • the Cooling line preferably opens into the outlet area 12 of the medium pressure area.
  • the inner contour of the cooling volume 17 is preferably designed such that no dead spaces are formed in the direction of flow of the cooling steam.
  • rectifiers which are designed in the form of flow openings 20
  • a uniform flow through the cooling volume is achieved before the cooling steam is passed on through the outlet opening 18.
  • the intermediate housing 15 is releasably fixed in the embodiment shown a hooking 19 connected to the outer housing 4.
  • cooled cooling steam at temperatures of can be branched below 500 ° C, preferably 450 ° C from the medium pressure region 16 and in this way the outer and intermediate casing of the steam turbine are crucial be cooled.
  • the above advantages in terms of less The result is a choice of materials and wall thickness.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Beschrieben wird eine kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine mit einem Hochdruck- (1) und einem Mitteldruckbereich (2), einer einachsigen Rotoranordnung (5',5''), die den Hochdruck- (5') und Mitteldruckbereich (5'') einseitig begrenzt, einem Außengehäuse (4), das über Ein- und Auslaßöffnungen verfügt und die Rotoranordnung sowie den Hochdruck- und Mitteldruckbereich wenigstens teilweise umgibt sowie einer Trennvorrichtung (15), die den Hochdruckbereich vom Mitteldruckbereich axial zur Rotoranordnung abdichtet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen Rotoranordnung (5',5'') und Außengehäuse (4) ein kombiniertes Hochdruck/Mitteldruck-Zwischengehäuse (15) vorgesehen ist, das mit seiner von der Rotoranordnung abgewandten Seite zusammen mit dem Außengehäuse ein Kühlvolumen (17) einschließt, das das Zwischengehäuse die Rotoranordnung im Mitteldruckbereich wenigstens teilweise umgibt, und das dem, den Mitteldruckbereich umgebenden Zwischengehäuse in Dampfströmungsrichtung ein Durchgangskanal nachgeordnet (16) ist, der den Mitteldruckbereich mit dem Kühlvolumen verbindet. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine mit einem Hochdruck- und einem Mitteldruckbereich, einer einachsigen Rotoranordnung, die den Hochdruck- und Mitteldruckbereich einseitig begrenzt,
einem Außengehäuse, das über Ein- und Auslaßöffnungen verfügt und die Rotoranordnung sowie den Hochdruck- und Mitteldruckbereich wenigstens teilweise umgibt, sowie einer Trennvorrichtung, die den Hochdruckbereich vom Mitteldruckbereich axial zur Rotoranordnung abdichtet.
Stand der Technik
Aus der US 5 411 365 geht eine gattungsgemäße kombinierte Hochdruck/Mitteldruck-Dampfturbine hervor, die aus Gründen vereinfachter konstruktiver Auslegung und Kostenersparnis eine Trennvorrichtung 142 (siehe hierzu Fig. 2 der US-Druckschrift) aufweist, durch die der Hochdruck-(HP) vom Mitteldruckbereich (IP) getrennt wird. Bei der kombinierten Dampfturbine handelt es sich um die Kombination eines Hochdruck- und Mitteldruckdampfturbinenteils, die von einer einzigen Rotorwelle durchragt werden und jeweils entgegengesetzt gerichtete Dampfströmungsrichtungen aufweisen. Durch einen mittig angeordneten Dampfzuführungskanal 116 gelangt Dampf mit hohem Druck in den Hochdruckbereich der Dampfturbine, der einerseits durch die Rotoranordnung begrenzt ist und andererseits unmittelbar von dem Außengehäuse der Dampfturbine umgeben ist. Der am Ende der Hochdruckdampfturbine austretende Dampfstrom wird durch eine Auslaßöffnung und über eine entsprechende Zuleitung dem Mitteldruckbereich direkt ober über einen Zwischenüberhitzer der kombinierten Dampfturbine zugeführt. Der Mitteldruckbereich ist axial gegen den Hochdruckbereich durch die Trennvorrichtung 142 und radial einerseits durch die Rotoranordnung und andererseits durch die Außenwandung begrenzt. Nachteilhaft bei dieser Konstruktion einer kombinierten Dampfturbine ist jedoch, daß die unter Druck stehenden, heißen Dampfströme unmittelbar in thermischen Kontakt mit dem Außengehäuse treten, wodurch die mechanische und insbesondere die thermische Belastung des Materials des Außengehäuses in diesen Bereichen sehr hoch ist. Zur Gewährleistung einer langen Lebensdauer der Dampfturbine sind daher insbesondere jene Bereiche des Außengehäuses entsprechend stark auszulegen, die den vorstehend genannten starken Belastungen ausgesetzt sind. Auch werden für diese Gehäuseteile hochwertige Werkstoffe verwendet, die nicht zuletzt auch in beträchtlichem Maße zu den Gesamtkosten der Dampfturbine beitragen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Hochdruck-/Mitteldruck-Dampfturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß konstruktive Maßnahmen getroffen werden sollen, die mechanische und insbesondere thermische Belastung des Außengehäuses der Dampfturbine zu mindern, um die Stabilitätsanforderungen an die Gehäusewandung herabsetzen zu können. Überdies soll es möglich sein, bei der Materialwahl für das Außengehäuse auch Werkstoffe minderer Qualität und somit kostengünstigere Gehäusekomponenten verwenden zu können.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine kombinierte Hochdruck-/Mitteldruck-Dampfturbine mit einem Hochdruck- und einem Mitteldruckbereich, einer einachsigen Rotoranordnung, die den Hochdruck- und Mitteldruckbereich einseitig begrenzt, einem Außengehäuse, das über Ein- und Auslaßöffnungen verfügt und die Rotoranordnung sowie den Hochdruck- und Mitteldruckbereich wenigstens teilweise umgibt, sowie einer Trennvorrichtung, die den Hochdruckbereich vom Mitteldruckbereich axial zur Rotoranordnung abdichtet, derart weitergebildet, daß zwischen Rotoranordnung und Außengehäuse ein kombiniertes HD/MD-Zwischengehäuse vorgesehen ist, das mit seiner von der Rotoranordnung abgewandten Seite zusammen mit dem Außengehäuse ein Kühlvolumen einschließt, das das Zwischengehäuse die Rotoranordnung im Mitteldruckbereich wenigstens teilweise umgibt, und das dem, den Mitteldruckbereich umgebenden Zwischengehäuse in Dampfströmungsrichtung ein Durchgangskanal nachgeordnet ist, der den Mitteldruckbereich mit dem Kühlvolumen verbindet. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei diesem Durchgangskanal gleichzeitig um eine systembedingte Anzapfung aus dem Mitteldruckbereich.
Das erfindungsgemäße Zwischengehäuse dient zur thermischen Abtrennung der heißen Dampfströme, die sich innerhalb des Hoch- und Mitteldruckbereiches ausbreiten, von dem die Gesamtturbine einkapselnden Außengehäuses. Insbesondere wird zur aktiven Kühlung der Innenseite des Außengehäuses und der Aussenseite des Zwischengehäuses durch den Expansionsvorgang innerhalb der Mitteldruckturbine abgekühlter Dampf aus dem Mitteldruckbereich entnommen und in den sich zwischen dem Zwischengehäuse und dem Außengehäuse bildenden Zwischenraum eingeleitet. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur des Außengehäuses durch gezielte Unterströmung mit Kühldampf um ca. 100° C und mehr zu senken, als im Falle der herkömmlichen, unmittelbaren Beaufschlagung des Außengehäuses mit Dampfströmungen, die in die jeweiligen Bereiche der Hoch- und Mitteldruckturbine eingeleitet werden.
Das Zwischengehäuse erstreckt sich vorzugsweise aus Bereichen der Mitteldruckdampfturbine über die axiale Trennvorrichtung, die zur Dampfdruckangleichung zwischen Hochdruck- und Mitteldruckbereich ringförmig um die Rotoranordnung vorgesehen ist, bis hin in den Hochdruckdampfturbinenbereich. Dabei ist das Zwischengehäuse vorzugsweise Konstruktiv mit der Trennvorrichtung als Einheit ausgebildet und umschließt ebenso wie die Trennvorrichtung beidseitig die angrenzenden Bereiche der Rotoranordnung.
Sowohl im Hochdruck- als auch im Mitteldruckbereich der kombinierten Dampfturbine weist das Zwischengehäuse Abschnitte auf, an denen Leitschaufeln angebracht sind, die mit den an der Rotoranordnung angebrachten Laufschaufeln der Hochdruck- bzw. Mitteldruckdampfturbine in Eingriff stehen. Auf der Seite der Hochdruckdampfturbine ist das Zwischengehäuse zudem mit dem Außengehäuse dampfdicht verfügt, so daß der Hochdruckbereich der Hochdruckdampfturbine auf der einen Seite von der Rotoranordnung selbst und auf der anderen Seite von Teilen des Zwischengehäuses sowie dem Außengehäuse begrenzt wird.
Auf der Seite der Mitteldruckdampfturbine umgibt das Zwischengehäuse einen in Dampfströmungsrichtung vorderen Teil der Rotoranordnung derart, daß Leitschaufeln fest am Zwischengehäuse angeordnet sind, die zwischen die an der Rotoranordnung integrierten Laufschaufeln hineinragen. Das den Mitteldruckbereich umschließende Zwischengehäuse umfaßt die Rotoranordnung soweit,dass sich der durch die Rotoranordnung expandierende Dampf soweit abgekühlt hat, bis sich die Dampftemperatur deutlich unter der Eintrittstemperatur des Dampfes in den Mitteldruckbereich absenkt. Typischerweise betragen Dampfeintrittstemperaturen im Mitteldruckbereich etwa 500 - 600° C, die im Laufe der Expansion beim Durchtritt durch die Rotoranordnung der Mitteldruckdampfturbine auf weit unter 500° C fallen.
In Dampfrichtung dem Zwischengehäuse nachgeordnet umschließen Teile des Außengehäuses die Mitteldruckdampfturbine, sind jedoch getrennt durch einen engen Durchgangskanal vom Zwischengehäuse in Abstand gehalten. Durch den engen Durchgangskanal gelangt stärker abgekühlter Dampf in das Kühlvolumen zwischen dem Zwischen- und Außengehäuse. Der auf unter 500 °C expandierte Dampf vermag das Außengehäuse auf das untere Temperaturniveau zu kühlen, wodurch das Material des Außengehäuses geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt ist.
Das Kühlvolumen weist ferner wenigstens eine großdimensionierte Ausgangsöffnung auf, durch die der Kühldampf aus der Dampfturbine abgeleitet werden kann. Die Dimensionierung der Ausgangsöffnung ist deutlich größer gewählt als der Strömungsquerschnitt des Durchgangskanals zwischen dem Zwischengehäuse und dem Außengehäuse, so daß im Kühlvolumen ein deutlich geringerer Druck vorherrscht als im Mitteldruckbereich der Dampfturbine. Aus diesem Grund wird neben der geringeren Temperaturbelastung das Außengehäuse auch weniger stark mit hohem Druck von der Innenseite der Dampfturbine belastet, so daß auch die mechanische Belastung des Materials des Außengehäuses geringer ist als bei herkömmlichen kombinierten Dampfturbinen.
Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, die konstruktive Auslegung des Außengehäuses materialsparend zu dimensionieren und überdies Werkstoffe zu verwenden, die nur noch den geringeren Temperatur- und Druckbedingungen standhalten müssen. Eine erhebliche Kostenreduzierung beim Bau derartiger Dampfturbinen ist dadurch zu erreichen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung exemplarisch beschrieben.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In der einzigen Figur ist ein Längsschnitt durch eine kombinierte Dampfturbine dargestellt, die einen Hochdruckbereich (HD) 1 und einen Mitteldruckbereich (MD) 2 aufweist. Die Begriffe Hochdruckbereich und Mitteldruckbereich sollen die Bereiche der Dampfturbinenanordnung definieren, durch die der Dampf nach Eintritt in die Dampfturbine durchströmt. So gelangt heißer und unter hohem Druck stehender Dampf durch den Einströmkanal 3 in das Innere der Dampfturbine, die von einem Außengehäuse 4 umgeben ist. Im Inneren der Dampfturbine ist eine einachsige Rotoranordnung 5 vorgesehen, die zwei voneinander getrennte Laufschaufelbereiche 5' (HD) und 5'' (MD) vorsieht. Der Laufschaufelbereich 5' der Rotoranordnung 5 begrenzt einseitig das Durchströmungsvolumen 6 des Hochdruckbereiches, das sich unmittelbar am Ausgang 7 des Einströmkanals 3 anschließt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Dampfströmung im Hochdruckbereich 1 von rechts nach links durch das mit Leit- 8 und Laufschaufeln 9 durchsetzte Durchströmungsvolumen 6. Über eine in der Figur dargestellte Hochdruckaustrittsöffnung 6' sowie Zuleitung und Einlaßöffnung gelangt der den Hochdruckbereich durchströmte Dampf in das Eingangsvolumen 10 des Mitteldruckbereiches 2 und durchströmt den Mitteldruckbereich von links nach rechts bis zum Austritt 11 des Mitteldruckbereiches. Aufgrund der zum Hochdruckbereich 1 entgegengesetzten Dampfströmungsrichtung innerhalb des Mitteldruckbereiches werden derartige kombinierte Dampfturbinen auch als in Gegenrichtung durchströmte Dampfturbinen bezeichnet. Der die Leit- 8 und Laufschaufeln 9 im Mitteldruckbereich 2 passierende Dampf entweicht in üblicher Weise über eine Auslaßöffnung 12.
Für eine Dampfdruckangleichungzwischen dem Durchströmungsvolumen 6 des Hochdruckbereiches 1 und dem Durchströmungsvolumen 11 des Mitteldruckbereiches 2 ist eine Trennvorrichtung 13 vorgesehen, die radial die Rotoranordnung 5 im Mittenbereich mittels einer LWellendichtung 14 umgibt. Beidseitig zur Trennvorrichtung erstreckt sich ein Zwischengehäuse 15, das giesstechnisch mit der Trennvorrichtung 13 verbunden ist.
Zur Seite des Hochdruckbereichs 1 begrenzt ein Fortsatz des Zwischengehäuses 15 den Eintrittsbereich des Durchströmungsvolumens 6. Das Zwischengehäuse 15 überragt dabei einen Teil der Rotoranordnung 5' und weist die in Dampfströmungsrichtung ersten Leitschaufeln 8 auf, die in den Zwischenraum der Laufschaufeln der Rotoranordnung 5' hineinragen. Das Zwischengehäuse 15 ist im Hochdruckbereich 1 überdies dampfdicht mit dem Außengehäuse 4 verbunden.
In den Mitteldruckbereich 2 erstreckt sich das Zwischengehäuse 15 in einer torusartigen Form und schließt mit seiner, der Rotoranordnung 5'' zugewandten Seite, das Eingangsvolumen 10 ein. Auch im Mitteldruckbereich ist das Zwischengehäuse 15 derart ausgebildet, daß es in Dampfströmungsrichtung mit den ersten Leitschaufeln 8 verbunden ist, die in die Zwischenräume der Laufschaufeln 9 der Rotoranordnung 5'' eingreifen. In Dampfströmungsrichtung, dem Zwischengehäuse 15 im Mitteldruckbereich nachgeordnet, umschließt ein Teil des Außengehäuses 4 die Rotoranordnung 5''. Der die Rotoranordnung 5'' umschließende Teil des Außengehäuses ist jedoch mit Abstand vom Zwischengehäuse 15 angebracht, so daß ein Durchgangskanal 16 eingeschlossen ist, durch den ein Dampfaustritt radial zur Rotoranordnung 5'' das Kühlvolumen 17 erfolgt, wobei das Kühlvolumen einerseits von dem Zwischengehäuse 15 und andererseits von der Innenseite des Außengehäuses 4 eingeschlossen ist. Durch den Durchgangskanal 16 tritt der den Mitteldruckbereich anfangs durchströmte, expandierte und deshalb abgekühlte Dampf teilweise in das Kühlvolumen 17 ein und vermag die Innenseite des Außengehäuses 4 und die Aussenfläche des Zwischengehäuses 15 zu kühlen. Das Kühlvolumen 17 erstreckt sich radial um das gesamte Zwischengehäuse und erfaßt auch Bereiche auf der Seite des Hochdruckbereiches. Über eine Ausgangsöffnung 18 kann der das Außengehäuse 4 kühlende Kühldampf entweichen.
Zusätzlich zur Austrittsöffnung ist optional eine Kühlleitung 21 vorgesehen, die mit dem Kühlvolumen 17 derart verbunden ist, daß durch diese Leitung zur regelbaren Steigerung der Durchströmung des Kühlvolumens 17 Kühldampf direkt aus dem Kühlvolumen 17 nach Außen strömen kann, ohne daß der Kühldampf die Auslaßöffnung 18 passieren muß. Die zusätzliche Kühlleitung 21 ist insbesondere bei Anfahrprozessen in Fällen von großen Lastwechslen bei der Dampfturbine von Vorteil, da auf diese Weise der Kühldampfdurchsatz durch das Kühlvolumen 17 in weiten Grenzen variiert werden kann. Für eine gezielte Regelung des Kühlmitteldampfdurchsatzes dient wenigstens ein Regelventil 22, das in der Kühlleitung eingebaut ist. Die Kühlleitung mündet vorzugsweise im Auslaßbereich 12 des Mitteldruckbereiches.
Die Innenkontur des Kühlvolumens 17 ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß keine in Durchströmungsrichtung des Kühldampfes vorhandene Toträume gebildet werden.
Durch geeignete Maßnahmen, bspw. durch Gleichrichter, die in Form von Durchströmungsöffnungen 20 ausgebildet sind, wird eine gleichförmige Durchströmung des Kühlvolumens erreicht, bevor der Kühldampf durch die Auslaßöffnung 18 weitergeführt wird.
Das Zwischengehäuse 15 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel lösbar fest mit einer Verhakung 19 mit dem Außengehäuse 4 verbunden.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Zwischengehäuse 15 kann in dem sich dadurch gebildeten Kühlvolumen 17 abgekühlter Kühldampf bei Temperaturen von unter 500° C, vorzugsweise 450° C aus dem Mitteldruckbereich 16 abgezweigt werden und auf diese Weise das Außen- und Zwischengehäuse der Dampfturbine entscheidend gekühlt werden. Die vorstehend genannten Vorteile hinsichtlich der geringeren Anforderungen an Materialwahl sowie Wandstärke sind die Folge.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Hochdruckbereich
2
Mitteldruckbereich
3
Einströmungskanal
4
Außengehäuse
5
Rotoranordnung
5'
Rotoranordnung im Hochdruckbereich
5''
Rotoranordnung im Mitteldruckbereich
6
Durchströmungsvolumen des Hochdruckbereiches
6'
Auslaßöffnung im Hochdruckbereich
7
Austrittsöffnung
8
Leitschaufeln
9
Laufschaufeln
10
Eingangsvolumen
11
Durchströmungsvolumen des Mitteldruckbereiches
12
Auslaßöffnung im Mitteldruckbereich
13
Trennvorrichtung
14
Wellendichtung
15
Zwischengehäuse
16
Durchgangskanal
17
Kühlvolumen
18
Ausgangsöffnung
19
Innengehäusefixierung am Aussengehäuse
20
Gleichrichterbohrungen für gleichförmige Umströmung
21
Regelbare Kühldampfleitung
22
Regelventil

Claims (18)

  1. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine mit einem Hochdruck- (1) und einem Mitteldruckbereich (2), einer einachsigen Rotoranordnung (5), die den Hochdruck- (1) und Mitteldruckbereich (2) einseitig begrenzt, einem Außengehäuse (4), das über Ein- und Auslaßöffnungen (3, 18, 12) verfügt und die Rotoranordnung (5) sowie den Hochdruck- (1) und Mitteldruckbereich (2) wenigstens teilweise umgibt, sowie einer Trennvorrichtung (13), die den Hochdruckbereich (1) vom Mitteldruckbereich (2) axial zur Rotoranordnung (5) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotoranordnung (5) und Außengehäuse (4) ein kombinierten Zwischengehäuse (15) vorgesehen ist, das mit seiner von der Rotoranordnung (5) abgewandten Seite zusammen mit dem Außengehäuse (4) ein Kühlvolumen (17) einschließt, daß das Zwischengehäuse (15) die Rotoranordnung (5) im Mitteldruckbereich (2) teilweise umgibt, und daß dem, den Mitteldruckbereich (2) umgebenden Zwischengehäuse (15) in Dampfströmungsrichtung ein Durchgangskanal (16) nachgeordnet ist, der den Mitteldruckbereich (2) mit dem Kühlvolumen (17) verbindet.
  2. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengehäuse (15) ein kombiniertes Hochdruck/Mitteldruck-Gehäuse ist.
  3. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengehäuse (15) als Verbundkonstruktion mit der Trennvorrichtung (13) verbunden ist.
  4. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach einem der Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengehäuse (15) wenigstens den in Dampfströmungsrichtung vorderen Bereich der Rotoranordnung (5') im Hochdruckbereich (1) umschließt.
  5. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengehäuse (15) im Bereich der Hoch(1) und Mitteldruckbereiche (2) Leitschaufeln (8) vorsieht, die zwischen rotorseitig angebrachte Laufschaufeln (9) eingreifen.
  6. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengehäuse (15) auf der Mitteldruckseite (2) der Dampfturbine ein zum Mitteldruckbereich geöffnetes Dampfvolumen (10) einschließt, das über wenigstens eine Einlaßöffnung mit heißem Dampf gespeist wird, der sich in Dampfströmungsrichtung entlang der Rotoranordnung abkühlt und ein Teil des abgekühlten Dampfes durch den Durchgangskanal (16) in das Kühlvolumen (17) gelangt.
  7. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Dampf Temperaturen über 500°C, vorzugsweise größer 540°C, und der in das Kühlvolumen (17) abgeleitete, abgekühlte Dampf Temperaturen unter 500°, vorzugsweise unter 450°C, aufweist.
  8. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (4) Teile der Rotoranordnung (5) unmittelbar umgibt, die jeweils im Hoch- (1) und Mitteldruckbereich (2) in Dampfströmungsrichtung dem Zwischengehäuse (15) nachgeordnet sind.
  9. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (4) im Bereich des Kühlvolumens (17) wenigstens eine Auslaßöffnung (18) aufweist.
  10. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlvolmen (17) eine Innenkontur aufweist, die für den das Kühlvolumen (17) durchströmenden Dampf keine Toträume aufweist.
  11. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Toträume die Form von Hinterstiche haben.
  12. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengehäuse (15) mit dem Außengehäuse (4) lösbar fest, aber wärmeelastisch verbunden ist.
  13. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kühlvolumens (17) das Zwischengehäuse (15) und das Außengehäuse (4) dampfdicht aneinander gefügt sind.
  14. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Kühlvolumens (17) derart ausgebildet ist, daß der das Kühlvolumen (17) durchströmende Dampf, das Kühlvolumen (17) gleichförmig und ohne Turbulenzbildung durchströmt.
  15. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine geeignete Durchströmungsöffnung (20) vorgesehen ist, wodurch der Dampf das Kühlvolumen (17) gleichförmig durchströmt, bevor der Kühldampf durch die Auslaßöffnung (18) des Außengehäuses (4) strömt.
  16. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlleitung (21) vorgesehen ist, die mit dem Kühlvolumen (17) verbunden ist, durch die zur regelbaren Steigerung der Durchströmung des Kühlvolumens (17) bei transienten Betriebszuständen Kühldampf direkt aus dem Kühlvolumen (17) nach Außen strömen kann, ohne die Auslaßöffnung (18) zu durchströmen.
  17. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlleitung (21) ein Regelventil vorgesehen ist, durch das der Durchsatz des Kühldampfes im Kühlvolumen steuerbar ist.
  18. Kombinierte Mehrdruck-Dampfturbine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung im Bereich der Auslaßöffnung (12) des Mitteldruckbereiches mündet.
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